B4215 電解油漆廢水

1、 本科生畢業(yè)論文 畢業(yè)論文題目 電解油漆廢水 學(xué) 生 姓 名 楊成杰 所 在 學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)及班級 應(yīng)化0901班 指 導(dǎo) 教 師 劉天晴教授 完 成 日 期 2013年5月13日 1. 概述1.1 油漆廢水油漆的生產(chǎn)和應(yīng)用已有悠久的歷史，早在幾千年前我國就已開始使用油漆，當(dāng)時使用的油漆是從漆樹上采取的漆液加工成天然漆。如從桐油籽榨取桐油，加工煉制成熟桐油，然后加或不加天然顏料（如紅土、銀朱等）而制成的?，F(xiàn)代由于合成材料的出現(xiàn)，給油漆原料開辟了新的來源。當(dāng)廣泛的利用各種合成材料合成樹脂、顏料及有機溶劑等來制造油漆后，具有多種多樣的性能的新品種就日新月異的增加起來了。這也就是現(xiàn)在人們

2、所熟悉的油漆涂料。在油漆涂料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生排放的廢水含有鉛化物的重金屬有毒有害物質(zhì)。鉛是目前最廣泛的污染元素，其對造血系統(tǒng)的危害作用主要涉及大腦、小腦以及脊髓和周圍神經(jīng)。鉛化物毒性很大，主要通過飲用水和食物進入人體。因此油漆涂料廢水對水域的危害和對人類的健康威脅巨大，必須對其進行有效的治理。本文是通過采用膜電解技術(shù)來對油漆廢水中的鉛化物等重金屬的有毒有害物質(zhì)進行電解處理的。1.2 膜電解技術(shù)膜電解技術(shù)是近十幾年來才興起的一種新式的科學(xué)技術(shù)，它是在電解的基礎(chǔ)上添加了離子交換膜，因而膜電解技術(shù)既有電解技術(shù)的優(yōu)點又具有膜技術(shù)的優(yōu)點。膜電解技術(shù)是在普通的電解技術(shù)的基礎(chǔ)上通過添加離子交換膜把電解槽分開，

3、從而達到快速分離電解物的目的。被分開的電解槽又被稱作陰極室、陽極室，或者是陰陽極室。膜電解法在污水及廢水處理、回收金屬等方面有重要的應(yīng)用，并且展現(xiàn)出了極大的應(yīng)用前景。膜電解法具有電解和電滲析的多種優(yōu)點，同時也有它的獨特優(yōu)勢，是一種綜合的電解方法。因為離子交換膜的性質(zhì)特點，使得離子交換膜對于離子的通過具有選擇性，在電解過程中可以避免有毒有害物質(zhì)的析出，或者是只析出特定的某些物質(zhì)，從而達到去除油漆廢水中的污染物或是有毒有害重金屬的目的。2 電解油漆廢水的部件選擇2.1 離子交換膜的選擇在油漆廢水的膜電解法工藝中，電解槽中間裝設(shè)離子交換膜，這樣就可以把電解槽分為陰極室與陽極室。然后在直流電場力的作用

4、下，陰陽離子會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而中間的離子交換膜對于電解液中的離子具有選擇性，因而可以達到離子交換富集的目的。離子交換膜作為油漆廢水處理中的關(guān)鍵部分，需要滿足以下的幾個要求：（1） 膜的交換容量應(yīng)該足夠大，并且難以阻塞，以保證電解過程的不間斷性；（2） 膜的使用壽命足夠長，生產(chǎn)成本不應(yīng)該太高；（3） 膜電阻應(yīng)該比較小，同時要有極強的抗酸堿腐蝕和抗氧化的能力；根據(jù)電解油漆廢水的特點，采用的離子交換膜的具體參數(shù)如表1所示。表1 離子交換膜的性能參數(shù)2.2 電極材料的選擇電解過程中，電極裝置是核心的部件，電解反應(yīng)也會在電極上進行。所以說，電極材料對于電解的效果和結(jié)果有著重要的影響作用。選擇電極材料

5、時，主要考慮電極材料的使用壽命和電解能耗兩個因素。在電解油漆廢水的實際工藝中，電極材料的選擇還應(yīng)考慮以下的因素：（1） 容易電解，具有高導(dǎo)電性；（2） 有穩(wěn)定的化學(xué)性能；（3） 價格低廉，且過電位低；綜合考慮以上因素，在電解油漆廢水的實際工藝中選擇了石墨作為陽極材料，不銹鋼片做陰極。在電解開始前，要事先對電極材料進行打磨、酸洗、水洗等處理，保證電極的光滑、潔凈。2.3 電解槽電解油漆廢水的電解槽形狀為圓柱形，材料是硬質(zhì)聚氯乙烯塑料制作成的。在陽極室與陰極室的上部分別設(shè)置了液體的加入口，從而可以方便的加入電解液，也可以保證在電解過程中電解液不易流出，同時在兩端布設(shè)有導(dǎo)電電極。3 電解油漆廢水的實

6、驗及原理3.1 單陽膜二極室電解法實驗及原理實驗是在室溫條件下進行的，采用了異相型的3361C型的陽離子交換膜，電解電流為200mA,陽極液采用的是60mL的NaOH溶液，濃度為0.5mol/L,陰極液采用的是含有PbS的油漆廢水溶液，將溶液的PH值調(diào)到。電解時，陽極液中的鈉離子可以通過陽離子交換膜到陰極室，而陰極室的硫離子卻不能通過陽離子交換膜到陽極室。根據(jù)陰極和陽極的反應(yīng)方程式可以知道，金屬鉛離子在陰極室得到電子形成金屬鉛單質(zhì)，陽極室的OH失去電子而放出氧氣和H+，在實驗的初期，陽極室中的H+可以通過陽離子交換膜語陰極室中的OH發(fā)生中和反應(yīng)。但是隨著電解時間的持續(xù)進行，陽極室的PH值會不斷

7、的降低，并且陰極室中的鉛離子的濃度也不斷的減小，鈉離子的濃度逐漸升高。單陽膜電解的優(yōu)勢是在兩個電極釋放出的氣體是氫氣和氧氣，這兩種氣體對環(huán)境沒有污染，而且陽極也不易氧化，這樣其使用的壽命會較長一些。3.2 單陽膜二極室電解法實驗結(jié)果分析（1）鉛的析出率與電解時間、鉛離子濃度的關(guān)系在設(shè)定的電解條件下，測定在不同的電解時間下，電解液中的鉛離子濃度的變化。將電解時間分別取為0h、4h、8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h時，分別測定出鉛析出率及鉛離子的濃度。測定結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，金屬鉛離子的析出率隨著電解時間的增加而增大，在持續(xù)電解32個小時后，金屬鉛離子的析出率達到了

8、93%以上。在電解反應(yīng)進行的過程中，陽極室內(nèi)的H2O發(fā)生分解反應(yīng)放出氧氣和H+，雖然H+和該室中的OH會中和反應(yīng)一部分，但是也會有少量的氫離子進入到陰極室，與此同時陽極室中少量的鈉離子也會進入到陰極室，對實驗效果有一定的影響。表2 鉛離子析出率與電解時間的關(guān)系（2）電解時間與電流效率的關(guān)系膜電解的條件均相同，取測定的時間分別是0h、2h、4h、6h、8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h，得到的數(shù)據(jù)如下表3所示。表3 電解時間與電流效率的關(guān)系根據(jù)表3可以看出，隨著電解時間的不斷增加，電流效率的下降趨勢是很明顯的，在電解進行32h之后，電流的效率由93.2%降到了71.9%。（3）

9、鉛的析出率與電解液PH值的關(guān)系在電解的條件狀況都相同的情況下，用氫氧化鈉和濃硫酸分別將電解液的PH值調(diào)整到2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5之后進行膜電解的實驗。金屬鉛離子的析出率與PH值得關(guān)系變化情況如表4所示。表4 金屬鉛離子的析出率隨PH值的變化情況由表4可以看出，金屬鉛離子的析出率隨著電解液PH值得增大而呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)PH值在4.5左右時，金屬鉛離子的析出率達到了84%以上。實驗結(jié)果表明PH值保持在44.5之間比較合適。3.3 單陰膜二極室電解法實驗及原理該實驗同樣是在室溫的條件下進行的，采用的是異相型3362A型的陰離子交換膜。電解電流為200mA，陽極液均為60mL的Na

10、OH溶液，濃度為0.5mol/L，陰極液采用的是含有PbS的油漆廢水，將溶液的PH值調(diào)整到4.5。電解過程中，陰極室中的硫離子可以通過陰離子交換膜進入到陽極室，最后會在陽極上產(chǎn)生氧氣，而陽極室中的氫離子卻不能通過陰離子的交換膜。這樣也就避免了對金屬鉛的沉積富集產(chǎn)生不良的影響，同時也抑制了氫氣的產(chǎn)生，提高了電流的利用效率，而且陽極室中產(chǎn)生的氫離子和陰極室中的OH也會發(fā)生中和，這樣也就有利于對于金屬鉛的沉淀富集。3.4 單陰膜二極室電解法實驗結(jié)果分析（1） 鉛的析出率與電解時間、鉛離子濃度的關(guān)系在設(shè)定的電解條件下，測定在不同的電解時間下，電解液中的鉛離子濃度的變化。將電解時間分別取為0h、4h、8

11、h、12h、16h、20h、24h、28h、32h時，分別測定出鉛析出率及鉛離子的濃度。測定結(jié)果如表2所示。表5 鉛離子析出率與電解時間的關(guān)系從表5可以看出，該裝置對于鉛離子的析出率較高，電解的效果要比單陽極要好。在電解進行了32h之后，金屬鉛的析出率達到了97%，效果較好。在電解實驗進行的過程中，陽極室產(chǎn)生的氫離子大部分會與陽極液中的OH中和，同時布設(shè)的陰離子交換膜也會阻止氫離子的通過，因而實驗效果良好，金屬鉛的沉淀富集效果明顯，回收效率也得到了有效的提高。（2）電解時間與電流效率的關(guān)系膜電解的條件均相同，取測定的時間分別是0h、2h、4h、6h、8h、12h、16h、20h、24h、28h

12、、32h，得到的數(shù)據(jù)如下表6所示。表6 電解時間與電流效率的關(guān)系由表6可以看出，隨著電解時間的持續(xù)進行，電流效率有明顯的下降趨勢，在電解進行了32h之后，電流的效率由96.8%下降到了78.9%。（3）鉛的析出率與電解液PH值的關(guān)系在電解的條件狀況都相同的情況下，用氫氧化鈉和濃硫酸分別將電解液的PH值調(diào)整到2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5之后進行膜電解的實驗。金屬鉛離子的析出率與PH值得關(guān)系變化情況如表7所示。表7 金屬鉛離子的析出率隨PH值的變化情況由表7可以看出，金屬鉛離子的析出率隨著電解液PH值得增大而呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)PH值在4.5左右時，金屬鉛離子的析出率達到了85%以上。實驗結(jié)果表明PH值保持在44.5之間比較合適。將單陽模、單陰膜的電解實驗與常規(guī)的電解實驗進行對比。由于常規(guī)的電解法在電解過程中產(chǎn)生的大量氫離子而影響鉛的富集回收的效果。而膜電解法因為膜的選擇通過性，對于離子的通過具有選擇性，從而大大提高了金屬鉛的電流效率和處理效果。另外，在以上的單膜電解法